Михаил Бармин - Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач

Новые методы синтеза

Существует ряд перспективных методов приготовления термостойких материалов. Это имплантация ионов, пламенный синтез, плавление в отсутствие гравитации, напыление на кристаллические поверхности с помощью молекулярных пучков (эпитаксия) и химическая конденсация из пара под действием тлеющего разряда (плазма). Относительно недавно был предложен необычный метод, базирующийся на использовании лазерной техники. Луч мощного импульсного лазера, сфокусированный на твердой поверхности, способен кратковременно (менее чем за 100 нс) создавать исключительно высокие локальные температуры, вплоть до 10000 К. В месте фокусировки такого короткого высокотемпературного импульса, происходят значительные химические и физические изменения, например, модификация поверхности, образование поверхностных сплавов, а в условиях конденсации пара он может инициировать специфические химические реакции. Все упомянутые методы приводят к термодинамически нестабильным фазам с особыми «замороженными» свойствами. (Примером подобной фазы служит алмаз) Этот драгоценный камень ценится за «игру» света и исключительную твердость, но в нормальных условиях он термодинамически неустойчив относительно графита.

Часть II. Неорганическая химия

План всех представленных в части II лекций:

1. Нахождение в природе;

2. Структура;

3. Получение в промышленности;

4. Химические свойства;

5. Наиболее известные производные и их свойства;

6. Применение

Часть II

Неорганическая химия

Лекция 15

Химия элементов и их соединений. Инертные газы

Химия элементов и их соединений. Инертные газы

Самостоятельно: водород, кислород, озон, перекись водорода, вода.

Впервые инертные газы были получены в 1785 году Кавендишем. Но эти годы не были индефицированы. При проверке гипотезы Проута ( все элементы можно представить в виде сум-мы атомов водорода) выдающийся английский физик Рэлей установил различие атомных масс азота, полученного из воздуха

при разложения неорганических соединений (NH4NO2).

дальнейшим инертные газы (ИГ) впервые открыты с использованием современных спектроскопических методов Рэлеем и Ролуаем. Основные физические свойства приведены в следующей таблице:

Свойства

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Электронное строение

2

2 6

2 6

2 6

2 6

2 6

1s

2s 2p

3s 3p

4s 4p

5s 5p

6s 6p

R атома

1,22

1,6

1,92

1,98

2,18

2,14

ρ, г/л

0,18

1,9

1,78

3,71

5,85

9,73

J, э/в

24,58

21,56

15,75

14

12,13

10,75

Содержание, в Н %

5·10-4

16·10-4

0.93

10-4

10-6

10-12

Получение:

Все инертные газы полиизотопны. И.Г. в настоящее время получены при сжижении воздуха с последующей отгонкой O2 и N2.

И.Г. располагаются в несжижающейся части воздуха. Не и Ne и некоторые другие газы пполучают с помощью вымораживания или с помощью хромотографических методов разделения.

Физические свойства И.Г.

И.Г. – одноатомны, являются газообразными веществами, бесцветны, не обладают запахом и вкусом. Из этих элементов –

Rn (радон) является радиоактивным элементом. Ограничено растворение их в жидкости. Например, в 100 объемах воды растворяется 1 объем He, 6 объемов Ar, 50 объемов Rn. И.Г. имеет низкие температуры кипения и плавления. tкип He = 2,19° K

He – является «Квантовой жидкостью». Он обладает свойствами сверхтекучести и сверхпроводимости.

Химические свойства

Впервые в 30–е годы Л.Поменгом была предсказана возможность образования химических соединений при взаимодействии И.Г. с сильными окислителями (F). Но эксперименты по обнаружению их не увенчались успехом. В тоже время известно, что некоторые И.Г. образуют некоторые соединения включения или клатрат. Клатраные соединения (кристаллической структуры), в полости могут находиться атомы И.Г. В этом случае не происходит образование химической связи ковалентного типа, а образуются межмолекулярные химические связи.

Xe ∙ 6H2O

В 1967 г. Дж. Бартлетт впервые показал, что при взаимодействии сильного PtF6 происходит образование кристаллического вещества по следующей схеме:

Xe+PtF6 = Xe[PtF6] – компл. соединение (крист.оранж.цвета)

При повышении температуры и давления удалось получить:

XeF2, XeF4, XeF6, XeF8

Затем удалось получить производные Kr; KrF2; KrF4; производные Rn и, как считается в литературе, производная Ar. В настоящее время не известны соединения Ne, He. Oказалось, что эти соединения могут взаимодействовать с различными хими-ческими веществами:

XeF2 + H2 = Xe + 2HF

NeF2 + KJ = Xe + KF + J2

NeF6 + SiO2 = NeOF2 + SiF4

Все производные И.Г. c F – сильные окислители. При взаимодействии их с водой происходит образование оксидов:

XeF6 + H2O → XeO3 + HF

Оксид Xe: XeO3 – является ангидридом Xe-ой кислоты (H6XeO6), кислоты неустойчивой, но известны ее соли:

Na6XeO6, Ba3XeO6

XeO3 представляет собой сильный окислитель (кристаллическое вещество, устойчивое при нормальных условиях), обладает сильными взрывчатыми свойствами, рассматривается как перспективный окислитель ракетных топлив. В настоящее время

известно свыше 300 химических производных И.Г. (за исключением He и Ne).

Примечание:

широкое применение в ядерной энергетики, при создании аппаратов искусственного дыхания, используется при создании новых конструкционных материалов

в газосветных лампах (оранжевый цвет).

в металлургии, при получении урана, тория, циркония и др. элементов, используемых при сварке металлов, в лампах накаливания (голубой цвет)

в медицине (наркотик)

ЛЕКЦИЯ №16.

VIII – B – элементы (d-элементы). Группа железа.

Свойства

Fe

Rn

Os

Электронное строение

6 2

7 1

6 2

3d 4s

4d 5s

5d 6s

R, нм

0,126

0,134

0,135

J, эв

7,89

7,36

8,5

P, г/см3

7,8

12,4

Содержание, %

2

10-7

5·10-7

Важнейшие степени окисления:

Fe – +2, +3 (встречаются – +2,0, +4, +6)

К.ч. – 4,6

В природе Fe встречается в виде различных минералов: Fe3O4 – (магнетит) магнетич. железняк,

Fe2O3 – красный железняк,

FeCO3 – шпатовый железняк и бурые железняки FeS2 – железный колчедан

Rn (рутений) и Os (осмий) являются рассеянными элементами, соответствующими группе платиновых элементов.

Rn и Os – серебристо-белого цвета Ме, может быть (Os – го-лубовато-белый) в зависимости от строения кристаллической решетки.

Для Fe известно 4 кристаллических модификации: 1) α – Fe (до Т = 760°)

Структура – пространственно-объемно-центрированная кубическая решетка. Обладает ферро-магнитными свойствами.

2) Β – Fe (от 770 – 911°С)

Кристаллическая объемно-центрированная решетка. Рассто

яние между атомами больше. 3) γ – Fe (до Т= 1394° С)